NFX|复合材料失效原理知多少
各层间材料性质由纤维方向、纤维与基体(matrix)的比例决定。层合板一般使用主轴(1方向)与纤维方向一致的正交各向异性材料较多。层合板理论的基本假设如下
层合板的各层间完全粘合
粘合层没有厚度，层间的位移连续，即粘合层无剪切变形
厚度方向的应变呈直线分布
：面内应变和弯曲
：第i 层的弹性刚度
其中， A 、B 、D 为层合板的面内刚度、抗弯刚度和面内/弯曲耦联刚度(coupling stiffness)，用于评价分层壳单元的刚度
横向剪切刚度基于一次剪切变形理论(first-order shear deformation theory)假设横向剪切应变沿厚度方向不变计算而得
考虑使用环境的温度因素时，本构方程中将包含热膨胀系数
: 平均温度变化量
：厚度方向温度变化梯度
复合材料层合板强度分析的核心是层合板的损伤理论(failure criteria)，根据采用的损伤理论判断应力或应变的状态。目前有很多种损伤理论，但可以说还没有对于所有层合板都适用的损伤理论。所以在选择损伤理论时，需要综合考虑材料特性、是否有试验数据(强度数值和其他参数)等各方面的信息。
midas NFX中提供的复合材料的损伤理论有不考虑应力或应变成分间相关的最大应力失效准则(maximum stress failure criteria)和最大应变失效准则(maximum strain failure criteria)，还有考虑耦联的蔡-希尔(Tsai-Hill)、蔡-吴(Tsai-Wu)、霍夫曼(Hoffman)失效准则和NASA LaRC02失效准则。其中LaRC02失效准则可以提供失效模式信息
最大应力失效准则
该理论认为各材料主应力必须小于各方向上的强度，超过相应的强度即会发生失效。所有应力相互独立，某个方向上的应力不会影响其他方向材料的强度
最大应变失效准则
该理论与最大应力理论相似，约束的是应变。在任何一个方向的应力分量超过相应的极限应变，失效发生。
蔡-希尔失效准则
考虑多种失效模式（抗拉、压缩和剪切）的相互作用，将各向同性的Mises屈服条件推广到正交各向异性材料
蔡-吴失效准则
该准则将现存的唯象论破坏准则都归于高阶张量多项式的各种特殊情况，通常取多项式的前两项。蔡-希尔和霍夫曼准则都可以看成二次张量准则多项式失效准则的特殊情况。
霍夫曼失效准则
蔡-希尔失效准则没有考虑拉伸和压缩强度的不同，原则上只适合于正轴方向拉伸强度与压缩强度大致相同的单向复合材料。霍夫曼改进了蔡-希尔失效准则，在公式的基础上增加奇函
模型间不相关的失效准则：最大应力准则、最大应变准则
将各向同性范梅塞斯失效准则扩展为适用于各向异性材料的二次失效准则
(quadratic failure criterion) ：蔡-希尔、霍夫曼、蔡-吴准则。
LaRC02失效准则
LaRC02失效准则是美国NASA Langley研究所基于Hashin失效准则开发的，以假定的破损面为基础推导的损伤理论。LaRC02失效准则不仅能提供各层的损伤信息，还可提供复合材料的纤维(fiber)和基体(matrix)的损伤信息。复合材料的基体和纤维的损伤判断标准如下。
上表中的有效应力和横向剪切刚度如下
为沿基体方向的单轴压力荷载下破损面的角度，通常使用53°。α应使损伤指数达到最大值，
,
按如下公式计算
破损面的应力按如下公式计算
midas NFX中提供的用于判断复合材料的破坏与否的参数有损伤指数(failure index，k )、有限元损伤指数(FE failure index)、强度比(strength ratio， R )。有限元损伤指数可直接通过损伤公式获得，所以有时该参数的物理意义会不清晰。将发生破坏时的应力，即满足损伤公式的应力设为
时，损伤指数 k 满足
，强度比 R 满足
。损伤指数 k 和强度比 R 用于推断应力在什么范围时会发生损伤。
NFX复合材料建模流程
NFX 复合材料建模流程包括几何建模、材料/单元属性定义、网格划分、边界条件和载荷定义、分析工况定义等步骤。
1.几何建模
在midas NFX中，可以通过直接创建几何模型或导入外部CAD文件来建立复合材料的几何模型。对于层压复合材料，需要定义各层的厚度和铺设角度。
midas NFX支持10余款几何文件格式
2.材料/单元定义
为复合材料定义材料属性时，需要指定基体和增强材料的弹性模量、泊松比、强度等参数。
从材料中选择生成的2D正交异性（Orthotropic）材料。输入所需的编号和名称，并输入正交异性材料的结构特性（各方向的物性数据）。加入正交异性材料的载荷成分及各方向的允许应力值。
单元属性定义，midas NFX支持2D 复合板壳单元和 3D 复合实体单元
定义铺层顺序
3.网格划分
midas NFX提供了多样网格划分方法，如自动网格、映射网格等。对于复合材料，通常采用壳单元或实体单元进行网格划分。壳单元适用于薄板结构，而实体单元则适用于三维结构。在划分网格时，需要确保网格密度足够高，以准确捕捉复合材料内部的应力应变分布。
4.边界条件/荷载定义
可以通过施加位移、力、温度等条件来模拟复合材料的实际工作环境。对于复合材料结构，通常需要考虑多种加载工况，如拉伸、压缩、弯曲、扭转等。边界条件和荷载的设置需要根据具体问题的需求进行灵活调整。
5.分析工况定义
midas NFX支持多种分析工况类型，如静力分析（线性/非线性）、动力分析（线性/非线性）、多体动力学、传热分析（含热应力）、疲劳分析、优化设计（轻量化）、流体分析等。对于复合材料仿真，通常需要根据具体问题选择合适的分析类型，并设置相应的求解器和收敛准则。此外，还需要考虑分析步的时间步长、输出请求等参数。
